【摘 要】
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Cu-Ni-Si系合金凭借其优异的耐腐蚀性、耐磨损性能和导热性而被广泛应用到各个领域,例如衬套、海水淡化管道、冷凝器和热交换器等零部件。但是随着使用环境越来越苛刻,上述零部件的使用寿命面临严峻的挑战。稀土改性为目前的热门研究方向,但其对Cu-Ni-Si系合金组织和性能影响研究并不完善。以不同稀土Ce含量的Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金为研究对象,通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射
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Cu-Ni-Si系合金凭借其优异的耐腐蚀性、耐磨损性能和导热性而被广泛应用到各个领域,例如衬套、海水淡化管道、冷凝器和热交换器等零部件。但是随着使用环境越来越苛刻,上述零部件的使用寿命面临严峻的挑战。稀土改性为目前的热门研究方向,但其对Cu-Ni-Si系合金组织和性能影响研究并不完善。以不同稀土Ce含量的Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金为研究对象,通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、布氏硬度、磨粒磨损试验、电化学和XPS等实验测试,研究了不同稀土含量、挤压比和时效处理对Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金组织、硬度、耐磨性、耐3.5%Na Cl腐蚀性能的影响规律。重点分析稀土含量和挤压比对Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金组织演变、合金耐磨损和耐腐蚀性能的影响规律。（1）组织物相分析结果表明,Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金中的αCu（Ni、Si、Mn）和Mn12Ni4.04Si2.84相的细化程度随着Ce含量的增加呈现先增大后减小的趋势;随着挤压比的增加,Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金的组织,如αCu（Ni、Si、Mn）、Ni3Si、Cu0.73Ni0.06Si0.21、Mn12Ni4.04Si2.84相细化程度也逐渐增加。Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金的含稀土相为CuCe相,尺寸从铸态的3μm减小到挤压态的1μm。CuCe相与基体呈现半共格界面,起到细化合金组织作用。（2）磨损试验结果表明,在为稀土Ce含量为0.1%、挤压比为6.25、825℃固溶2小时又在450℃下时效3小时的Cu-10Ni-7Si-5Mn-0.1Ce合金的磨损量为最小0.36 g。与未添加Ce的Cu-10Ni-7Si-5Mn相比较,铸态下,Ni3Si相硬度提升了138 Hv,相占比增加了18%;挤压态下Ni3Si、Cu0.73Ni0.06Si0.21、Mn12Ni4.04Si2.84三个相整体硬度提升了326 Hv,相占比增加了7%,这些相在合金的磨粒磨损过程中起到了抗磨作用。（3）在稀土含量为0.1%时,合金的耐蚀性最好,过量的稀土会增加腐蚀微电池的反应数量,从而降低合金耐蚀性。稀土Ce以其氧化物Ce2O3和CeO2的形式参与到腐蚀膜层中来,通过提高腐蚀产物膜层的阻抗值,促使开路电位向正移动来提高Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金的耐腐蚀性能。腐蚀初期,由于挤压比通过细化晶粒,延迟阳极和阴极反应,所以合金的耐蚀性随着挤压比的增加而升高;腐蚀后期,因腐蚀产物膜层的生长,不同挤压比下合金耐蚀性的差别逐渐减小。开发的Cu-10Ni-7Si-5Mn-xCe合金与Cu-10Ni-7Si-5Mn合金、45#钢及ZQSn5-5-5锡青铜的耐磨性和耐蚀性进行了对比,发现在稀土含量为0.1%时,在同等条件下,Cu-10Ni-7Si-5Mn-0.1Ce耐磨损性较45#钢稍差,但优于Cu-10Ni-7Si-5Mn合金和ZQSn5-5-5锡青铜,尤其是耐蚀性要优于Cu-10Ni-7Si-5Mn合金、45#钢及ZQSn5-5-5锡青铜。
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